本發(fā)明屬于控制閥領域，具體涉及一種導閥閥體結構及先導式電磁氣動閥。

背景技術：

先導式電磁氣動閥一般由電磁驅(qū)動裝置、導閥和主閥構成，其中電磁驅(qū)動裝置的設計直接影響到先導式電磁氣動閥的開通或關閉速度。

先導式電磁氣動閥主要用于控制發(fā)動機的啟動和關閉，普通汽車由于燃料壓力小、流量不大，因此對先導式電磁氣動閥的響應速度要求不高。

航天應用領域中的軌控發(fā)動機的推進劑流量大和壓力高，要求先導式電磁氣動閥在大流量條件下要求快響應，其響應時間不大于3ms。由于產(chǎn)品的特殊要求，傳統(tǒng)電磁閥不能滿響應快的要求。因此需要研制一種能滿足要求的先導式電磁氣動閥。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種采用兩位三通干式卸荷結構，能實現(xiàn)快響應的一種導閥閥體結構；本發(fā)明還提出一種包含上述導閥閥體結構的先導式電磁氣動閥，該先導式電磁氣動閥具有響應快的特點，能夠滿足高壓、大流量工況下的使用要求。

本發(fā)明解決上述問題的技術方案是：一種導閥閥體結構，包括導閥體，其特殊之處在于：

所述導閥體內(nèi)設有導閥芯安裝腔、進氣口、排氣口和控制腔；

所述導閥芯安裝腔內(nèi)設置有導閥閥芯組件，所述導閥閥芯組件包括導閥芯和復位彈簧；

所述導閥芯安裝腔從上至下依次分為腔體上部、腔體中上部、腔體中下部和腔體下部，所述腔體上部和腔體中上部之間設有第一腔體配合面，所述腔體中上部和腔體中下部之間設有第一導閥閥座，所述腔體中下部和腔體下部之間設有第二導閥閥座，

所述導閥芯分為導閥芯a段、導閥芯b段、導閥芯c段和導閥芯d段，所述導閥芯a段位于腔體上部和腔體中上部內(nèi)，所述導閥芯b段位于腔體中上部和腔體中下部內(nèi)，導閥芯c段位于腔體中下部內(nèi)，導閥芯d段位于腔體中下部和腔體下部內(nèi)；所述復位彈簧設置在腔體下部內(nèi)且位于導閥芯d段和導閥體之間；

所述導閥芯a段的直徑與第一導閥閥座和第二導閥閥座的內(nèi)徑都相等；

所述導閥芯a段的側(cè)面為第一控制腔貼合面，所述第一控制腔貼合面與第一腔體配合面配合，導閥芯b段和導閥芯c段之間形成第一密封面，導閥芯c段和導閥芯d段之間形成第二密封面；

所述進氣口與腔體中上部連通，排氣口與腔體下部連通，腔體中下部與控制腔相連通。

進一步地，上述導閥閥芯組件包括密封元件，所述密封元件設置在腔體上部內(nèi)，密封元件與導閥芯a段配合形成密封。

進一步地，上述密封元件為徑向密封元件。

進一步地，上述密封元件采用o型橡膠密封圈或彈簧蓄能密封圈。

本發(fā)明提供的先導式電磁氣動閥的技術方案是：一種先導式電磁氣動閥，包括電磁驅(qū)動裝置和主閥，其特殊之處在于：

還包括上述導閥閥體結構；

所述主閥包括主閥體，所述主閥體與導閥體1固連；

所述電磁驅(qū)動裝置用于控制導閥的開啟與關閉；

所述導閥用于控制主閥的開啟與關閉。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的優(yōu)點：

1、對導閥的閥芯和閥座進行優(yōu)化設計，采用兩位三通干式卸荷結構，在導閥開啟和關閉時，減小介質(zhì)力對導閥芯的影響，極大的減小了導閥芯受到的摩擦力，有利于導閥的快響應。

2、導閥芯上僅用一道密封實現(xiàn)了電磁鐵干濕分離，使電磁驅(qū)動裝置與控制介質(zhì)隔離，電磁驅(qū)動裝置內(nèi)的軟磁材料可不考慮介質(zhì)相容性問題。

3、本發(fā)明除可應用于液體火箭發(fā)動機外，在衛(wèi)星在軌執(zhí)行系統(tǒng)、地面試驗系統(tǒng)、自動化流體管路系統(tǒng)的相關閥門中均可推廣應用，可有效提高閥門的響應并能保證較大的流通能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明先導式電磁氣動閥的軸向剖面圖；

圖2是本發(fā)明先導式電磁氣動閥的導閥關閉狀態(tài)下的卸荷原理圖；

圖3是本發(fā)明先導式電磁氣動閥的導閥開啟狀態(tài)下的卸荷原理圖。

其中：1-導閥體；101-主閥體；201-殼體；202-電磁線圈；203-永磁鐵；204-銜鐵；205-隔磁墊；206-頂桿；3-導閥芯；31-導閥芯a段；32-導閥芯b段；33-導閥芯c段；34-導閥芯d段；311-第一控制腔貼合面；321-第一密封面；331-第二密封面；4-復位彈簧；5-密封元件；6-主閥芯；7-第二復位彈簧；8-密封元件b；9-導閥芯安裝腔；91-腔體上部；912-第一腔體配合面；913-第一導閥閥座；914-第二導閥閥座；92-腔體中上部；93-腔體中下部；94-腔體下部；10-主閥芯安裝腔；103-主閥閥座；106-控制腔；12-進氣口；13-排氣口；14-介質(zhì)入口；15-介質(zhì)出口；17-密封元件c。

d1——導閥芯a段的直徑；

d2——第一導閥閥座的內(nèi)徑；

d3——第二導閥閥座的內(nèi)徑；

f——介質(zhì)力。

具體實施方式

下面結合附圖給出的實施例對本發(fā)明進行詳述：

參見圖1，一種導閥閥體結構，包括導閥體1，導閥體1內(nèi)設有導閥芯安裝腔9、進氣口12、排氣口13和控制腔106。

導閥芯安裝腔9內(nèi)設置有導閥閥芯組件，導閥閥芯組件包括導閥芯3和第一復位彈簧4。

導閥芯安裝腔9從上至下依次分為腔體上部91、腔體中上部92、腔體中下部93和腔體下部94，腔體上部91和腔體中上部92之間設有第一腔體配合面912，腔體中上部92和腔體中下部93之間設有第一導閥閥座913，腔體中下部93和腔體下部94之間設有第二導閥閥座914。

導閥芯3分為導閥芯a段31、導閥芯b段32、導閥芯c段33和導閥芯d段34，導閥芯a段31位于腔體上部91和腔體中上部92內(nèi)，導閥芯b段32位于腔體中上部92和腔體中下部93內(nèi)，導閥芯c段33位于腔體中下部93內(nèi)，導閥芯d段34位于腔體中下部93和腔體下部94內(nèi)；第一復位彈簧4設置在腔體下部94內(nèi)且位于導閥芯d段34和導閥體1之間。

導閥芯a段31的直徑與第一導閥閥座913和第二導閥閥座914的內(nèi)徑都相等。導閥芯a段31的側(cè)面為第一控制腔貼合面311，第一控制腔貼合面311與第一腔體配合面912配合，導閥芯b段32和導閥芯c段33之間形成第一密封面321，導閥芯c段33和導閥芯d段34之間形成第二密封面331。

進氣口12與腔體中上部92連通，排氣口13與腔體下部94連通，腔體中下部93與控制腔106相連通。

導閥閥芯組件還包括密封元件5，密封元件5設置在腔體上部91內(nèi)，密封元件5與導閥芯a段31配合形成密封。密封元件5為徑向密封元件，可采用o型橡膠密封圈或彈簧蓄能密封圈。

參見圖2和圖3，為實現(xiàn)快響應，對導閥芯3和導閥芯安裝腔9進行了優(yōu)化設計。在伸入腔體上部91內(nèi)的導閥芯a段31上設置密封元件5，阻止控制氣進入腔體上部91，從而避免導閥芯a段31端面承受控制氣壓力，同時，利用導閥芯a段31的直徑d1和第一導閥閥座913的內(nèi)徑d2、第二導閥閥座914的內(nèi)徑d3相等，構成卸荷結構。在導閥進氣端密封狀態(tài)下，利用導閥芯a段31的直徑d1和第一導閥閥座913的內(nèi)徑d2相等構成卸荷結構，能夠減小介質(zhì)力帶來的負載力，減小介質(zhì)力對導閥芯3開啟運動的影響，實現(xiàn)打開快響應。在導閥排氣端密封狀態(tài)下，利用導閥芯a段31的直徑d1和第二導閥閥座914的內(nèi)徑d3相等構成卸荷結構，減小關閉運動初始的介質(zhì)負載力，以減小介質(zhì)力對導閥芯3關閉運動的影響，實現(xiàn)關閉快速響應。

參見圖1，一種先導式電磁氣動閥，包括導閥體1、主閥體101，導閥單元、主閥單元和電磁線圈驅(qū)動裝置。導閥單元包括導閥閥芯組件，主閥單元包括主閥閥芯組件。閥體1內(nèi)設有導閥芯安裝腔9、主閥芯安裝腔10、進氣口12、排氣口13、介質(zhì)入口14和介質(zhì)出口15。

導閥閥芯組件設置在導閥芯安裝腔9內(nèi)，導閥閥芯組件包括導閥芯3、復位彈簧4和徑向密封元件5；主閥閥芯組件包括主閥芯6。

導閥芯安裝腔9從上至下依次分為腔體上部91、腔體中上部92、腔體中下部93和腔體下部94，腔體上部91和腔體中上部92之間設有第一腔體配合面912，腔體中上部92和腔體中下部93之間設有第一導閥閥座913，腔體中下部93和腔體下部94之間設有第二導閥閥座914。

主閥芯安裝腔10包括控制腔106；在介質(zhì)出口15處設有主閥閥座103。

導閥芯3分為導閥芯a段31、導閥芯b段32、導閥芯c段33和導閥芯d段34，導閥芯a段31位于腔體上部91和腔體中上部92內(nèi)，導閥芯b段32位于腔體中上部92和腔體中下部93內(nèi)，導閥芯c段33位于腔體中下部93內(nèi)，導閥芯d段34位于腔體中下部93和腔體下部94內(nèi)；復位彈簧4設置在腔體下部94內(nèi)且位于導閥芯d段34和閥體1之間。

導閥芯a段31的側(cè)面為第一控制腔貼合面311，所述第一控制腔貼合面311與第一腔體配合面912配合，導閥芯b段32和導閥芯c段33之間形成第一密封面321，導閥芯c段33和導閥芯d段34之間形成第二密封面331。

進氣口12與腔體中上部92連通，排氣口13與腔體下部94連通，腔體中下部93與主閥芯安裝腔10連通。

電磁驅(qū)動裝置包括殼體201、電磁線圈202、永磁鐵203、銜鐵204、隔磁墊205和頂桿206；電磁線圈202、永磁鐵203和銜鐵204設置在殼體201內(nèi)，永磁鐵203為環(huán)形，設置在殼體201內(nèi)的中部，與殼體201同心，永磁鐵203在銜鐵204的上下部分分別產(chǎn)生磁場，所述上磁場與下磁場的方向相反；電磁線圈202與殼體201同心，電磁線圈202分為兩段，兩段電磁線圈202分別設置在永磁鐵203的上部與下部；在電磁線圈202通電后，電磁線圈產(chǎn)生的磁場方向與永磁鐵203產(chǎn)生的上磁場方向相反，與永磁鐵203產(chǎn)生的下磁場方向相同。

銜鐵204沿殼體201軸向設置，且與殼體201同心，并穿過永磁鐵203和電磁線圈202，銜鐵204的外側(cè)面與永磁鐵203和電磁線圈202的內(nèi)側(cè)面存有間隙，銜鐵204可在殼體201內(nèi)部軸向上下移動；在電磁線圈202未通電時，永磁鐵203處于銜鐵204的上下端面之間。

為了實現(xiàn)快響應，對電磁驅(qū)動裝置進行了優(yōu)化設計。通過設置隔磁墊205調(diào)整銜鐵204在電磁線圈202未通電時，銜鐵204的上端面與殼體201內(nèi)部的上表面的距離和銜鐵204的下端面與殼體201內(nèi)部的下表面的距離相等或近似相等，通過該設計實現(xiàn)初始永磁自鎖力的相互抵消，克服永磁鐵203自鎖力對負載的影響。

其中密封元件5、密封元件b8和密封元件c17可采用o型橡膠密封圈或彈簧蓄能密封圈。殼體201與銜鐵204均采用軟磁材料。

本發(fā)明提供的先導式電磁氣動閥的工作原理是：

在初始狀態(tài)時，永磁鐵203在殼體201內(nèi)形成上下磁路，當銜鐵204相對于殼體201內(nèi)部軸向上下端面的工作間隙相等時，永磁鐵203上下端產(chǎn)生的自鎖力相互抵消，對導閥的密封狀態(tài)不產(chǎn)生影響；當電磁線圈202通電后，產(chǎn)生的磁場方向與永磁鐵203上磁路磁場方向相反，與永磁鐵203下磁路磁場方向相同，使得永磁鐵203產(chǎn)生的上磁路減弱，下磁路增強，銜鐵204雙端面電磁吸力打破平衡，從而產(chǎn)生軸向向下的電磁吸力，通過頂桿206驅(qū)動導閥芯3向下運動，當導閥芯3朝向排氣口13移動時，控制氣從進氣口12進入導閥芯安裝腔9，導閥芯3移動到行程上限后，第二密封面331與第二導閥閥座914形成密封配合，阻止控制氣從排氣口13流出，控制氣在控制腔106內(nèi)建立壓力后，驅(qū)動主閥芯6朝向介質(zhì)出口15移動，介質(zhì)出口15打開，推進劑介質(zhì)從介質(zhì)入口14流出介質(zhì)出口15，發(fā)動機開始工作；電磁驅(qū)動裝置斷電后，電磁線圈202磁勢帶來的磁能迅速減弱，最終，復位彈簧4克服全開位置的永磁自鎖力，控制氣從排氣口13排出，主閥芯安裝腔10的控制腔106內(nèi)卸壓，第二復位彈簧7復位迅速推動主閥芯6朝向?qū)чy芯3移動，主閥芯6與主閥閥座103形成密封，阻止推進劑介質(zhì)從介質(zhì)出口15流出，導閥芯3移動到行程上限后，第一密封面321和第一導閥閥座913形成密封，關閉控制腔106，切斷推進劑介質(zhì)的供應，發(fā)動機關機。

導閥芯a段31采用徑向密封圈實現(xiàn)電磁線圈驅(qū)動裝置與控制介質(zhì)隔離，電磁線圈驅(qū)動裝置使用的軟磁材料可不考慮介質(zhì)相容性問題。

主閥芯6使用密封元件b8和密封元件c17兩道密封，密封元件b8防止控制氣進入介質(zhì)燃料內(nèi)，密封元件c防止推進劑介質(zhì)進入導閥芯安裝腔9內(nèi)。

第一密封面321和第二密封面331分別與第一導閥閥座913和第二導閥閥座914采用菌狀密封，此處也可采用錐面密封；主閥芯6與主閥閥座103采用錐面密封，此處也可采用菌狀密封。

本發(fā)明除可應用于液體火箭發(fā)動機外，在衛(wèi)星在軌執(zhí)行系統(tǒng)、地面試驗系統(tǒng)、自動化流體管路系統(tǒng)的相關閥門中均可推廣應用，可有效提高閥門的響應并能保證較大的流通能力。

本領域技術人員可以根據(jù)不同的設計要求和設計參數(shù)在不偏離權利要求所界定的結構的情況下進行各種增補、改進和更換，因此，本發(fā)明是廣泛的。